7

ЛЕКЦІЯ З

ІНЖЕНЕРНО-ГЕОМОРФОЛОГІЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ

1. Основні теоретичні засади, проблеми і напрямки розвитку інженерної геоморфології.

2. Завдання інженерної геоморфології.

3. Інженерно-геоморфологічне картографування.

1. Принципи побудови інженерно-геоморфологічних карт.

2. Класифікація інженерно-геоморфологічних карт.

3. Загальні інженерно-геоморфологічні карти.

4. Карти сільськогосподарського призначення, для потреб меліорації.

З.1. Основні теоретичні засади, проблеми і напрямки розвитку інженерної геоморфології Інженерна геоморфологія - порівняно новий напрям прикладної геоморфології. Термін "інженерна геоморфологія"" був запропонований Т. В. Дзвонковою у 1970 р. Існує кілька визначень даного предмета (Сидоренко, 1970; Палієнко 1978; Симонов, 1979; Спиридонов, 1979; Левандюк, 1979, 1983 та ін.).

На думку Ю. Г. Симонова (1987), інженерна геоморфологія вивчає рельєф, процеси, умови і фактори рельєфотворення для їх оцінки при будівництві та експлуатації інженерних споруд. При цьому геоморфологи передають інженерам-проектантам спеціально підготовлену інформацію про стійкість рельєфу до і після будівництва окремих інженерних споруд або їх комплексу, тобто оцінюють геоморфологічні умови і наслідки будівництва.

Про необхідність активної участі геоморфологів в обґрунтуванні раціонального використання поверхні Землі, широкому проведенні інженерно-геоморфологічпих досліджень окремих територій писав А. В. Сидоренко (1970).

Антропогенізація природних ландшафтів збільшується щорічно, охоплюючи не тільки сушу, але й дно океанів та морів. Зміни оточуючого середовища мають переважно необоротний характер, тобто ведуть до корінної перебудови природних земних поверхонь і порушення існуючих внутрішньосистемних і міжсистемних зв'язків. Антропогенний вплив реалізується перш за все на геоморфологічному середовищі. Це виражається (Селіверстов, 1987) в зміні або створенні нових мікроформ, рідше мезоформ, рельєфу і властивих їм покривних утворень. Людина при цьому стає рельєфотворчим фактором, тобто створює або провокує специфічні процеси зміни земної поверхні суші і морського дна-їхніх нерівностей і складаючих покривів.

Більш широко трактує концепцію інженерної геоморфології Е. Т. Палієнко (1978, 1987). визначаючи її як науку про використання теоретичних основ і методів геоморфології у вирішенні народногосподарських завдань, розробку спеціальних (інженерних) методів вивчення рельєфу, умов, параметрів і стану земної поверхні у зв'язку з її практичним використанням.

Під керівництвом Е. Т. Палієнка створено теоретичні засади інженерної геоморфології, сформульовано основні положення її наукового статусу, які полягають у наступних обґрунтованих положеннях:

• Рельєф земної поверхні визначає розташування об'єктів та видів господарської діяльності - промислових та цивільних споруд, комунікацій, земель водно-господарського та агротехнічного використання, багато в чому рельєф визначає характер військової діяльності тощо.

• Геоморфологічні процеси є об'єктом прогнозування розвитку несприятливих природних явищ, які ускладнюють господарську діяльність на земній поверхні.

• Розвиток несприятливих геоморфологічних процесів, які супроводжують будівництво та експлуатацію інженерних об'єктів, регулюється застережними заходами, спеціально розробленими у відповідності до стану сучасних геоморфологічних процесів.

У структурі інженерної геоморфології Е. Т. Палієнко (1987) виділяє такі напрями:

• Загальна інженерна геоморфологія. яка вивчає теоретичні питання, узагальню« методику досліджень для різних геоморфологічних умов.

• Інженерна геоморфодинаміка (процесознавство), яка вивчає сучасні екзогенні процеси і розробляє рекомендації, спрямовані на їх попередження.

• Галузева інженерна геоморфологія, яка спеціалізовано вивчає рельєф для потреб різних галузей народного господарства і поділяється за цим принципом на агрогенну. меліоративну, селітебну, водогосподарську, транспортну та ін.

• Антропогенна геоморфологія, яка вивчає взаємозв'язки господарської діяльності і рельєфу, включаючи методи аналізу антропогенних процесів, створеного ними рельєфу і прогноз стійкості території.

• Природоохоронна геоморфологія, яка вивчає рельєф і сучасні екзогенні процеси для цілей раціонального природокористування і збереження заповідних територій і обґрунтування вибору геоморфологічних об'єктів, які потребують охорони.

В останні десятиріччя успішно розвиваються принципи інженерно- геоморфологічного аналізу, характерною рисою якого є структура, що включає (Леваднюк, 1983): 1) одержання, відбір і систематизацію інформації про рельєф і ведучі екзогенні процеси; 2) практичну інтерпретацію цієї інформації для забезпечення нормальних будівельно-експлуатаційних умов споруди.

До важливіших спеціальних завдань інженерно-геоморфологічного аналізу відносять (Леваднюк, 1983):

• раціональне розміщення інженерних об'єктів;

• захист об'єктів від впливу екзогенних геоморфологічних процесів;

• охорона і раціональне використання рельєфу при будівництві та експлуатації споруд.

При інженерній оцінці місцевості геоморфологічний аналіз спрямований на два аспекти оцінки рельєфу (Симонов, Тимофєєв, 1987): 1) топографічний і 2) історико- морфогенетичний. Перший з них пов'язаний з аналізом ступеня відповідності геометрії рельєфу (його морфометрії) і проектованих технологій. Тут важливим є аналіз поля абсолютних і відносних висот, ухилів схилів і природних дренажних басейнів стоку. Другий включає оцінку ендогенних і екзогенних умов будівництва і експлуатації споруд.

Т. В. Дзвонкова (1970) виділяє дві основні проблеми в інженерно-геоморфологічних дослідженнях: 1) встановлення взаємозв'язків між рельєфом і інженерною спорудою; 2) формування штучного рельєфу за принципом найбільш повного використання сприятливих властивостей його природних аналогів.

Для вивчення взаємозв'язків між ведучими факторами та інженерними спорудами виділяють три типи інженерно-геоморфологічних показників (Дзвонкова. 1970): непрямі, інтегральні і диференційовані.

Непрямі показники базуються на генетичних зв'язках між інженерною спорудою, рельєфом та іншими природними компонентами - у даному випадку інженерні властивості рельєфу розглядаються з точки зору впливу на нього місцевих кліматичних, геологічних, ботанічних та інших умов. Інтегральні показники враховують дані про історичний розвиток рельєфу даної території. Диференційовані показники - це конкретні геоморфологічні об'єкти (форми, елементи рельєфу), які безпосередньо впливають на інженерні споруди.

Найбільш прості у застосуванні і найчастіше використовуються диференційовані геоморфологічні показники. їхні кількісні характеристики змінюються залежно від практичних завдань дослідження.

Найсприятливіші умови для будівництва виникають при гармонійному поєднанні ведучих природних факторів і технічних умов проектування (вписування споруди в рельєф без істотних змін останнього), що є основою методу вільної забудови будь-якої території.

Таке поєднання природних факторів і інженерних об'єктів зустрічається не завжди і частіше між ними виникає дисгармонія. Через це в складних природних умовах виникає потреба не тільки формувати штучний рельєф, але й проектувати весь ландшафт. При цьому слід дотримуватися принципу подібності, тобто створювати штучні форми рельєфу за типом його природного аналога.

Дальший розвиток інженерної геоморфології тісно пов'язаний з прикладними аспектами загальної географії. При цьому важливою є правильна і аргументована оцінка можливих наслідків контактів людини з природою як в найближчому майбутньому, так і на віддалену перспективу.

Вирішення цієї проблеми неможливе без тісної співпраці спеціалістів з інженерної геології, інженерної гідрології, інженерного ландшафтознавства та інших прикладних географічних дисциплін.

3.2. Завдання інженерної геоморфології

Завданнями інженерної геології є наступні:

• При вивченні рельєфу для інженерної оцінки місцевості перш за все необхідно встановити взаємні зв'язки між рельєфом та інженерними спорудами, "вписування"" їх у рельєф земної поверхні.

• Інженерна споруда, потрапляючи у природну обстановку після введення її в експлуатацію, сама починає справляти вплив на навколишній ландшафт.

• Вирішальними чинниками, що виявляють характер впливу природної обстановки на інженерну споруду, виявляються рельєф, ґрунти та клімат.

• При оцінці рельєфу як одного з умов будівництва та експлуатації інженерних споруд, за критерій оцінки мають стати показники, що визначають залежність вартості будівництва та експлуатації інженерних споруд від тих або інших властивостей рельєф).

• Найбільш сприятливими слід визнати такі умови, що забезпечують гармонійне поєднання провідних природних чинників та технічних умов будівництва і експлуатації інженерних споруд. Дисгармонія призводить до збільшення витрат на будівництво та експлуатацію. При дисгармонії в ході будівництва людина змушена створювати штучний рельєф.

• Найважливішою проблемою інженерної оцінки рельєфу є вивчення інженерних властивостей природних процесів - процесів утворення ярів, зсувів, карсту та інших, що в динамічній геології звуться фізико-геологічними, в інженерній геології - інженерно- геологічними, в географії - екзогенними процесами.

• Поряд з інженерно-геологічною стійкістю території слід вивчати стійкість різних генетичних та морфологічних типів рельєфу. Перш за все, необхідно оцінювати стійкість схилів. На підставі вивчення стійкості рельєфу можна судити про інженерні властивості ґрунту.

• Необхідною є система економічних оцінок геоморфологічних умов будівництва та експлуатації інженерних споруд.

3.3. Інженерно-геоморфологічне картографування

3.3.1. Принципи побудови інженерно-геоморфологічних карт.

У загальній геоморфологічній класифікації інженерно-геоморфологічні карти відносяться до спеціальних (прикладних) геоморфологічних карт і розрізняються за змістом, призначенням і масштабом.

Для обґрунтування проектів різних видів будівництва, для розробки схем раціонального природокористування традиційних інженерно-геологічних карг недостатньо, хоча одним із елементів їхнього змісту є характеристика геоморфологічних особливостей території. Але у зв'язку з тим, що на інженерно-геологічних картах слабо відображені морфометричні і морфографічні показники, часто відсутні дані про генезис рельєфу і динаміку сучасних рельєфотворчих процесів, виникла необхідність у складанні спеціальних інженерно-геоморфологічних карт.

Деякі інженерно-геологічні карти, правда, несуть таке велике геоморфологічне навантаження, що їх з повним правом можна назвати інженерно-геоморфологічними. Процес одержання і систематизації геоморфологічної інформації вимагає спеціальних досліджень, які за своїм змістом виходять за рамки інженерно-геологічного картографування.

У розвитку інженерно-геоморфологічного картографування А. Т. Леваднюк (1983) і Ю. Г. Симонов (1987) виділяють два напрями - загальний і окремий (спеціальний).

Загальне картографування включає складання інженерно-геоморфологічних карт, які характеризують геоморфологічні умови будівництва у цілому (загальна інженерно- геоморфологічна характеристика, інженерно-геоморфологічне районування тощо). Окреме, або спеціальне картографування пов'язане безпосередньо з проектуванням конкретних будівельних об'єктів та їхньою експлуатацією.

До основних принципів інженерно-геоморфологічного картографування А. Т. Леваднюк (1983) відносить: 1) вибір масштабу картографування; 2) відбір необхідної геоморфологічної інформації; 3) визначення площ, які підлягають картографуванню.

Масштаб інженерно-геоморфологічних карт визначається зональною складністю будівельно-експлуатаційних умов, а також вимогами проектування. Всі роботи з картографування виконуються під час складання робочого проекту при одностадійному проектуванні або протягом розробки проекту і робочого проекту - при двостадійному.

Картографування пропонується вести поетапно. На першому, попередньому етапі, який співпадає з визначенням технічної можливості і економічної доцільності будівництва, завдання картографування обмежується показом геоморфологічних умов розміщення інженерних об'єктів на порівняно великій території. Масштаб цих карт - 1:200 000-1:100 000, а в більш складних геоморфологічних умовах - 1:50 000.

Найбільший обсяг картографічних робіт припадає на основний етап, коли вирішується весь комплекс проблем, пов'язаних з вибором оптимального варіанта розміщення проектованого об'єкта. На інженерно-геоморфологічних картах показують можливі варіанти трас або будівельних майданчиків. Масштаб цих карт від 1:50 000 до 1:250 000.

На завершальному етапі, коли остаточно затверджується прийнятий варіант проекту, інженерно-геоморфологічні карти набувають локального значення і складаються тільки на важкі ділянки, щоб показати можливі руйнівні процеси, а також передбачити можливі способи захисту. Масштаб цих карт 1:10 000, а для складання в геоморфологічному відношенні - 1:5 000-1:2 000.

Проблема відбору необхідної інформації для карт різних масштабів і різного призначення недостатньо сформульована. У геоморфологічному картографуванні традиційно відображають морфологію, генезис, вік рельєфу, а також сучасні рельєфотворчі процеси.

Значну роль в інженерно-геоморфологічних дослідженнях відіграє морфологія рельєфу. Більшість інженерних споруд, їх елементи або комплекси ставлять певні вимоги до геометрії земної поверхні. Нормативна оцінка морфології рельєфу спирається на такі прямі його характеристики: ухили, густоту і глибину розчленування, довжину і ширину долин, периметр басейну тощо.

Походження рельєфу може служити оціночною категорією в прямому і непрямому розумінні (Симонов, 1987). Так, прояви тектоніки, вулканізму і літології корінних порід, відображені у рельєфі, дають змогу розпізнати інженерні властивості геологічних умов будівництва і експлуатації споруд. Враховуючи зв'язки між рельєфом і розривною тектонікою, закони тектонічної тріщинуватості, можна давати оцінку і складати прогнози інженерно-геологічних властивостей корінних порід при будівництві шахт, тунелів. Цінність геоморфологічних методів ще й в тому, що рельєф відображає не тільки властивості приповерхневої структури земної кори, але й її глибинні особливості, що важливо при прогнозуванні забудови зон з підвищеною сейсмічністю. Отже, аналіз ендогенних складових рельєфотворення дозволяє прийомами геоморфологічної індикації оцінювати стійкість території.

Визначаючи походження екзогенних форм рельєфу, можна одержати дані про пухкі відклади. Це також вид геоморфологічної індикації, яка поглиблює оцінку стійкості території.

Вік та історію розвитку рельєфу необхідно показувати на інженерно- геоморфологічних картах. Аналіз історії розвитку рельєфу проводиться одночасно з уточненням критеріїв стійкості території, встановленням причин, які викликали відмирання одних рельєфу і заміну їх іншими. Цей аналіз може стати основою для пронозу наслідків будівництва і експлуатації споруд шляхом просторово-часових аналогій (Симонов, 1987).

Аналіз сучасних рельєфотворчих процесів повинен бути спрямований на оконтурювання ареалів прояву цих явищ, з оцінкою їх повторюваності та інтенсивності. На аналітичних інженерно-геоморфологічних картах доцільна також інформація про гідрологічні, кліматичні, рослинні, грунтові характеристики місцевості.

При аналізі елементів змісту інженерно-геоморфологічних карт важливо проводи ги поєднаний аналіз морфології, походження, віку, розвитку давніх і сучасних процесів рельєфотворення. що дає можливість об'єктивно оцінити стійкість елементів рельєфу. Визначення площ, які підлягають картографуванню, допоможе скоротити терміни виконання інженерно-геоморфологічного картографування, оптимально розмістити і захистити проектовані споруди.

Розміри площ, які картографуються, залежать від типу і розмірів об'єктів, від складності геоморфологічних умов і їх зональних особливостей.

Отже, існуючі принципи і методи інженерно-геоморфологічного картографування дозволяють проводити геоморфологічний аналіз і складати карти в усіх морфокліматичних зонах. Правда, їхній зміст носить зональний характер (Леваднюк. 1983), що зумовлюється особливостями кожної морфокліматичної зони.